釹離子鈣鈦礦太陽能電池　更便宜且容易生產

編譯／高晟鈞

美國持續努力將國家主要能源轉換為可再生能源，然太陽能仍只佔發電量不到3%，部分原因在於太陽能電池的高生產成本。為降低生產成本，科學家希望利用更低成本的人造材料──鹵化物鈣鈦礦，製造比矽基太陽能電池成本更低的系統。

鈣鈦礦由取得容易、成本更低的材料製成，並且可以被量產；理論上這能降低太陽能電池的成本並擴大生產。然而鈣鈦礦會因為陽光照射或加熱而被分解，這項特性使其應用受到阻礙。

現在，加州大學洛杉磯分校的研究團隊改良了鈣鈦礦太陽能電池的缺點；透過在鈣鈦礦中混入釹，研究團隊發現，這不僅加了鈣鈦礦增對熱的耐受度，還使其能更有效地將光轉化成電能。

鈣鈦礦是一立方體網格的重複性分子結構，該結構由帶相反電荷的離子鍵維持結構。而光和熱會使負電離子彈出，造成結構破壞，最後降低此材料的能量轉換效率。而金屬釹能很好的嵌入鈣鈦礦晶體中，此金屬離子帶有三個正電荷，能更好的固定住晶體中的負離子。

研究人員分別測試了加入釹離子前後鈣鈦礦太陽能的效能與耐熱度。他們發現，在最大率下工作並暴露在連續光照超過1000小時後，加入釹離子的鈣鈦礦太陽能電池仍保持93%的功率轉換效率，遠高於標準鈣鈦礦太陽能電池只剩下不到一半的能量轉換效率。

研究人員還測試了這種材料成受高溫的能力，當電池加熱到85攝氏溫度時，加入釹離子的鈣鈦礦太陽能電池仍保有86%的效率；另一邊，標準組則已經失去了能量轉換的能力。

之前大多研究希望透過增加保護層的方式，保護鈣鈦礦不被光和熱所分解，但都失敗了。而透過在鈣鈦礦太陽能電池加入釹離子的想法，如同在高速公路上設置了障礙，減緩交流動，並保護材料的結構。

研究人員表示，這一進展可能有助於鈣鈦礦太陽能電池在未來的兩到三年內進入市場。

資料來源:TechXplore

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